Årstidernes skiften – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

15. januar 2009

Årstidernes skiften

Hej Spørg om Fysik
Jeg har et par spørgsmål omkring årstidernes skiften: Jorden er jo, som vi ved, ikke lige tæt på solen altid, men er det derfor at det er varmere om sommeren end om vinteren? Og hvorfor står solen aldrig mod nord i Danmark?

Håber I kan hjælpe.

Venlig hilsen/Best regards
J d F G


 

Jorden bevæger sig rundt om solen i en bevægelse plan bane, som er svagt elliptisk, med solen i det ene brændpunkt. Se figur herunder.
(fra Struve: Astronomy).

Den akse jorden roterer om, er hældet i forhold til den plan jorden bevæger sig i omkring solen med ca. 23½ grad, som det ses på figuren. Når solen er nærmest (mærket 4) er afstanden 1,47 100 000 km (1,4710 * 1011m), når den er fjernest 1,5210 * 1011 m (mærket 2), det er altså små forskelle omkring 3,3 %. Tegnet op på papir, ville den se næsten cirkulær ud.

Da strålingens styrke afhænger af afstanden i anden (r2), og indstrålingen bliver alene af denne afstandsforskel, ændret med ca. 7 % på en kvadratmeter på jordoverfladen vinkelret på solstrålerne. Måles på en kvadratmeter i rummet fås ved maksimum (4) en energi på 1413 W/m2, ved minimum 1321 W/m2.  Punkterne 1 og 3 er i middelafstanden, det er forårsjævndøgn og efterårsjævndøgn.

Om sommeren (2) hælder aksen 23,5 grader så den nordlige halvkugle vender imod solen. Midsommer her er ca. 22 juni, og der er solen det nordligste, den kan komme, den står lodret over den det, man kalder den nordlige vendekreds (krebsens vendekreds), ved midvinter (4) ca. 21/12 står solen lodret over den sydlige vendekreds (Stenbukkens vendekreds). Ved forårsjævndøgn (1) og efterårsjævndøgn (3) ca. 20/3 og 23/9, står solen lodret over ækvator.  På kortet (fra mapsofworld på nettet) er der lagt farvelinjer ind over øverst polarcirklen, derunder krebsens vendekreds, derunder ækvator og nederst stenbukkens vendekreds.

Hvorfor solen ikke ses imod nord i Danmark skyldes det, at den altså står lodret over den nordlige vendekreds når, den er mest nordlig, og det er langt syd for os i Nordafrika. Vil man se den imod nord, skal man være syd for den nordlige vendekreds, på kredsen er det lodret oppe en dag. Er man syd for den sydlige vendekreds ses solen altid imod nord. Der er dog også en anden mulighed, for tager man nord for polarcirklen, ses solen om sommeren hen over nordpolen (den er oppe hele døgnet), og kan altså ses imod nord. Nordpå er turen knap et par tusinde km, imod syd er den omkring 5 - 6000 km.

Solen føles varmere om sommeren, fordi jordens akse hælder skråt ind imod solen med nordenden (første figur ved tallet 2), når vi har sommer. Det betyder at solens stråler går mere lodret ned imod jorden, og derved modtages mere energi pr. m2 end om vinteren.  Udstrålingen til atmosfæren følger med. Din hjemby har en geografisk bredde på 55⁰ 3' 37" (detog mange andre taloplysninger findes i den Alamnak, der udgives årligt: Skrive og rejsekalenderen) og det betyder, at solen når den er højest, har en vinkel til vandret 90 -breddegrad +ca. 23,5 ⁰ altså på lidt over 58,5⁰, om vinteren 90 - breddegrad - ca. 23,5 ⁰ eller ca. 11,5 ⁰. Om vinteren hælder jordaksens sydende ind imod solen (billede 1 ved 4 tallet) og så har den sydlige halvkugle det varmt dvs. sommer. Hvis landmasserne var ens på begge sider af ækvator, ville de endda have det lidt varmere end på den nordlige halvkugle om sommeren, fordi jorden er lidt nærmere solen på det tidspunkt. Forskellene sommer til vinter mærkes også i dagens længde - dvs. på grund af daglængden, modtager vi også mere energi om sommeren end om vinteren.

Selve klimaet og vejret bestemmes også af en lang række andre ting f.eks. fordeling af hav og land, afstanden til nærmeste hav, geografisk bredde som bestemmer hvilket vindsystem vi ligger i, bjergkæder, store havstrømme (f.eks. golfstrømmen og el Niñno), jetstrømmene i atmosfæren osv. Vi kan klimamæssigt ikke direkte sammenligne ensbeliggende punkter på den nordlige og sydlige halvkugle, fordi så mange store forskelle. De generelle vindsystemer er dog af samme karakter svarende til passatbæltet, vestenvindsbæltet osv. Alle disse forhold påvirker også såvel sommer som vinter temperaturen.

Drivkraften til vejrsystemerne, og det der bestemmer temperaturer er i alle tilfælde solens stråling. Størsteparten af de grønne energikilder vi taler om idag: vind, sol, tidevand, energiafgrøder (til at brænde eller lave brændstof af), regn til floder med kraftværker mm.  er direkte eller indirekte brug af solenergi, i det mindste en del af de andre energikilder f.eks. kul og olie menes også at være "gammel solenergi" i form af planter, der er blevet til kul eller af høje tryk, bakterier mm., er blevet til olie. Af ikke soldrevne energikilder er de vigtigste atomkraft og jordvarme fra dybe boringer.

Med venlig hilsen
Jens Viggo Clausen, lektor

Malte Olsen